Pressa per bricchetti di combustibile: varianti di realizzazione di impianti per la pressatura di segatura fai-da-te

Riscaldare con segatura o trucioli è una pratica comune per gli abitanti del nostro paese, presa in prestito dai paesi europei. La loro popolarità è dovuta alla convenienza della materia prima e al suo buon potere calorifico specifico durante la combustione. Realizzando una pressa per bricchetti fatta in casa, si può ottenere un combustibile di qualità quasi gratuitamente.

In questo articolo verrà illustrato come realizzare una macchina semplice ed economica per la produzione di combustibile in bricchetti. Verranno forniti la struttura e consigli per l'assemblaggio. Verranno descritti la tecnologia di produzione e i requisiti per il materiale legnoso di partenza.

Tecnologia di produzione dei bricchetti

La produzione di pellet e bricchetti mediante pressatura da scarti di lavorazione del legno è un processo collaudato da tempo. Pertanto, nella realizzazione di una macchina fatta in casa per ottenere “legna europea” di qualità, non è necessario inventare nulla, ma si possono applicare soluzioni già esistenti.

Descrizione della fisica del processo

L'uso di materiale legnoso sfuso per il riscaldamento trova applicazione in piccole caldaie e stufe. La segatura fornisce la stessa energia del legno con la stessa massa e umidità, ma la sua conservazione allo stato naturale provoca sporcizia e polvere. Pertanto, tali scarti vengono pressati in bricchetti di varie forme.

Con alcune approssimazioni, si può dire che il legno è composto da fibra (cellulosa) e da una sostanza legante: la lignina. Ogni singolo frammento di segatura e truciolo mantiene la propria integrità grazie a questo polimero. Per stabilire legami solidi tra i singoli pezzi, è necessario anche incollarli.

La composizione chimica del legno e del prodotto pressato dalla segatura è la stessa. Ma la struttura fisica del bricchetto è diversa da quella del legno massello, il che porta a una combustione più lunga.

Nel processo di pressatura, viene applicata una forte pressione sulla segatura, a seguito della quale la lignina viene rilasciata e lega il materiale nella forma. Questo legame, ovviamente, non è così forte come nel legno massello, ma è sufficiente per evitare che il bricchetto risultante si sfaldi.

La quantità di lignina nel legno rispetto alla massa secca dipende dalla specie arborea:

• abete (Abies): 30%;
• pino: 27%;
• abete rosso: 27%;
• pioppo tremulo: 22%;
• betulla: 19%.

Maggiore è la percentuale di lignina, minore è la pressione necessaria per la sua estrazione. Pertanto, produrre da soli bricchetti a base di segatura di abete è più semplice che di betulla.

Oltre alla classica pressa per la produzione di combustibile da materiali sfusi, esiste anche una macchina estrusiva. L'essenza del suo funzionamento è che, sotto l'azione della coclea, la sostanza passa attraverso un canale che si restringe gradualmente.

Di conseguenza, si crea una pressione molto elevata. Tuttavia, la realizzazione di questa variante in condizioni domestiche è complessa e richiede conoscenze specifiche, quindi è meglio optare per modelli con pressa-stampo.

Uso di un legante

Nella produzione industriale di combustibile pressato, vengono utilizzate macchine per creare una pressione nell'intervallo di 500–3000 atm. In alcuni produttori (ad esempio, l'azienda tedesca “RUF”), la formazione del bricchetto avviene attraverso una combinazione di compressione con una forza di 2000 atm e riscaldamento della materia prima fino a una temperatura di 150°C. La densità di tali prodotti raggiunge 1,2 kg/dm³.

Una macchina industriale per la pressatura della segatura è costosa e ha una grande produttività. Non è conveniente per la produzione di bricchetti in piccole quantità.

Se si realizza una pressa per bricchetti con materiali di fortuna fai-da-te, non sarà possibile ottenere tali caratteristiche. Pertanto, i prodotti avranno sicuramente una densità inferiore e una maggiore tendenza a sbriciolarsi.

Compensare l'insufficiente rilascio di lignina e ottenere una maggiore resistenza dei bricchetti di segatura può essere ottenuto aggiungendo una sostanza legante esterna, come:

• Argilla liquida. La frazione di massa necessaria di questo legante disciolto in acqua è dal 5 al 10% del peso totale.
• Cartone ondulato bagnato.
• La colla per carta da parati più economica diluita in acqua.

Il rapporto percentuale di cartone ondulato o colla viene determinato sperimentalmente, poiché dipende dalla granulometria della segatura, dalla sua umidità e dalla pressione esercitata nello stampo.

Requisiti per la materia prima utilizzata

Anche utilizzando attrezzature industriali, è difficile ottenere bricchetti o pellet di qualità da scarti di legno se il loro spessore supera i 4 mm. La granulometria del materiale per i dispositivi fai-da-te deve essere inferiore. Ciò è dovuto alla pressione più bassa e all'assenza di riscaldamento della materia prima.

Idealmente, il diametro della segatura e lo spessore dei trucioli non dovrebbero superare i 2 mm. La stragrande maggioranza degli scarti di legno soddisfa questi parametri.

Ma ci sono casi in cui la materia prima è contaminata da rametti, schegge o scortecciature (pezzi di corteccia). In tal caso, prima della pressatura, per ottenere una massa omogenea, è necessario effettuare una preparazione preliminare: triturare il materiale facendolo passare attraverso un frantumatore.

Un trituratore per ottenere scarti di legno con spessore fino a 2 mm può essere realizzato autonomamente. Un comune biotrituratore da giardino non è adatto, poiché produce una granulometria troppo grossolana.

Per ottenere una buona densità del bricchetto, è necessario evitare materie prime contaminate da erba, sabbia o terra. Lo strato di terra e vegetale, a differenza dell'argilla, non possiede proprietà leganti, quindi il prodotto pressato si sbriciolerà facilmente.

È inoltre necessario rispettare la condizione relativa alla percentuale di corteccia: non deve superare il 5%. Non è possibile misurarla, ma visivamente la segatura con un volume significativo di corteccia appare più scura. La segatura deve essere asciutta. Un'elevata umidità porta a una maggiore friabilità del bricchetto e a una riduzione del suo potere calorifico specifico.

Asciugare la materia prima in estate può avvenire al sole o in un locale ventilato. In inverno, l'essiccazione deve essere effettuata in veranda o in un altro locale di servizio con una temperatura positiva moderata. Per un'evaporazione più intensa, è possibile utilizzare la ventilazione forzata.

L'umidità della segatura o dei trucioli va misurata secondo la tabella sopra riportata. L'uso di un igrometro non darà un risultato corretto, perché con esso è possibile conoscere solo il valore sulla superficie del mucchio.

Se la pressione in una pressa fatta in casa per la produzione di bricchetti di segatura è insufficiente per l'estrazione della lignina, la materia prima non viene essiccata, ma al contrario viene immersa in acqua insieme a un legante aggiuntivo. In questo caso, mescolando si ottiene una migliore omogeneità e l'umidità in eccesso viene rimossa durante la pressatura.

Elementi principali della pressa

Gli elementi principali di una pressa comune sono lo stampo (il contenitore in cui si mette il materiale sfuso), il pistone e il meccanismo che genera la pressione. Realizzarli autonomamente non è difficile, poiché sono tipici delle macchine per la bricchettatura.

Costruzione dello stampo di pressatura

Il contenitore in cui si versa la segatura o i trucioli è chiamato stampo o camera. I parametri del bricchetto dipenderanno dalla sua geometria.

La forma della sezione del contenitore determinerà l'aspetto del bricchetto. La sua lunghezza può variare, ma non supererà mai l'altezza dello stampo.

Di solito, la camera viene costruita con un pezzo di tubo d'acciaio circolare o profilato. La base del pistone, che entra nel contenitore, viene tagliata da una piastra a pareti spesse (spessore minimo di 3 mm).

Nella costruzione dello stampo, è necessario considerare il rapporto tra le seguenti grandezze:

• area della sezione dello stampo (s, cm²);
• pressione applicata al pistone (u, kgf);
• pressione specifica sulla materia prima (p, kgf/cm²);

Queste grandezze sono legate dalla relazione:

p = u / s

I bricchetti con l'uso di un legante aggiuntivo mantengono bene la forma se sono formati a una pressione specifica superiore a 150 atm. (1 atm. ≈ 1 kgf/cm²). In base alla forza che può essere generata dal pistone, si calcola l'area della sezione trasversale della camera.

Ad esempio, se si dispone di un martinetto idraulico da 10 tonnellate, allora:

s < u / p = 10000 / 150 = 67 cm².

Per tali condizioni, è adatto un tubo quadrato profilato con lato di 80 mm o un tubo rotondo con diametro nominale fino a 90 mm.

La lunghezza del bricchetto ottenuto (l) dipende dall'altezza dello stampo (h), dalla densità della materia prima allo stato secco iniziale (q₁) e allo stato bricchettato (q₂):

l = h * (q₁ / q₂)

Inoltre, dopo la prima compressione, è possibile aggiungere nuovamente trucioli nel bicchiere e ripetere la procedura. In questo modo, è possibile portare la lunghezza del pezzo ottenuto quasi all'altezza della camera di pressatura.

Durante la compressione della segatura, si verifica il rilascio di umidità dal bricchetto. Per consentirne la libera fuoriuscita, la camera viene perforata con piccoli fori frequentemente distribuiti.

È possibile garantire il deflusso dell'acqua dalla camera attraverso fori realizzati con una punta da 2-3 mm per metallo.

Dopo la formazione del bricchetto, è necessario estrarlo dallo stampo. L'uso di una molla e di un fondo falso, come spesso raccomandato su Internet, non è pratico. L'alta pressione comprime completamente la molla, quindi col tempo si verifica una deformazione della sua forma, a seguito della quale perde le sue proprietà.

Pertanto, è necessario realizzare un fondo rimovibile per lo stampo e spingere fuori il bricchetto, oppure costruire un bicchiere smontabile. Nel secondo caso, sarà necessario realizzare una camicia aggiuntiva in barra.

Metodi disponibili per generare pressione

Esistono tre metodi comuni per raggiungere la pressione, che sono adatti per una pressa fatta in casa per la produzione di bricchetti di combustibile: l'uso di una leva, di un martinetto idraulico o di una vite. Ciascuno di essi è buono a modo suo e la loro realizzazione pratica non è molto complessa.

Uso della forza muscolare e della leva

Di solito si utilizza un tubo metallico come leva. Non deve piegarsi sotto l'azione della forza muscolare umana. Ad esempio, è adatto un tubo dell'acqua rinforzato di diametro 40 o 50 mm con spessore della parete di 4 – 4,5 mm.

Formula per il calcolo della forza di pressione del pistone (m) in base allo sforzo applicato da una persona (M), alla distanza dal pistone al punto di fissaggio della leva (l) e alla sua lunghezza totale (L)

La lunghezza della leva e la distanza dal punto di appoggio al collegamento con il pistone non vengono scelte solo in base al raggiungimento della pressione desiderata. Un altro parametro importante è la profondità di immersione del pistone nel bicchiere (h, cm).

Si calcola con la formula:

h = R * (l / L)

Qui R (cm) è l'altezza di discesa dell'estremità della leva.

Si consiglia di progettare la struttura in modo che la profondità di immersione dello stantuffo sia sufficiente per formare il bricchetto senza bisogno di una ricompressione con un'aggiunta preventiva di materiale. Ciò aumenterà notevolmente la velocità di produzione.

La profondità di immersione necessaria dello stantuffo (h, cm) può essere calcolata conoscendo la densità iniziale secca (q₁) e quella bricchettata (q₂) della materia prima e l'altezza del contenitore (H):

h = H * (1 – q₁ / q₂)

Se per qualche motivo si è verificato un errore (di solito a causa di una determinazione errata del valore della densità iniziale della materia prima) e la profondità di immersione dello stantuffo non è sufficiente per conferire la durezza desiderata al prodotto, non è necessario rifare l'intera struttura.

Si può ridurre l'altezza del contenitore oppure, aggiungendo segatura, pressare un bricchetto in due o tre passate.

Utilizzo del martinetto idraulico

Per creare una forte pressione si utilizzano dispositivi idraulici, come i comuni martinetti a bottiglia. Di solito in un'abitazione dove c'è un'auto o altra attrezzatura, questi gruppi idraulici sono presenti, ma la loro capacità di sollevamento potrebbe essere insufficiente.

La struttura di una pressa idraulica tipica è composta da un telaio e da una trave mobile su cui si posiziona il martinetto. Il ritorno del sistema nella posizione iniziale avviene grazie all'azione delle molle.

I martinetti non sono costosi. Ad esempio, i modelli con capacità di 30-40 tonnellate si possono acquistare per meno di 50 €. E con queste prestazioni è già possibile ottenere bricchetti di grande sezione o più pezzi (3-5) di dimensioni normali contemporaneamente.

Per ottenere più bricchetti contemporaneamente, si dispongono in fila il numero necessario di stampi. Il telaio mobile centrale deve essere robusto per non deformarsi nel tempo. È meglio realizzarlo con una trave a doppia T o un tubo profilato a parete spessa.

Il processo di pressatura stesso richiede più tempo rispetto all'uso di una struttura a leva. Tuttavia, l'utilizzo di un potente martinetto idraulico consente di ottenere una pressione specifica molto maggiore sul pezzo. I bricchetti risultano più uniformi e compatti e hanno già un aspetto commerciale attraente.

Meccanismo a vite di pressatura

Il principio di funzionamento della pressa a vite manuale è simile a quella a leva, solo che la forza applicata viene trasmessa con un angolo di 90°. Maggiore è il diametro della maniglia e minore è il passo della filettatura, maggiore è il coefficiente di aumento della pressione.

La pressa a vite per segatura è simile a un dispositivo per spremere il succo. Tuttavia, la pressione generata è molto maggiore. Pertanto, anche la resistenza del meccanismo filettato deve essere maggiore.

Tale costruzione consente inoltre di generare una pressione maggiore rispetto a una macchina basata su un meccanismo a leva. Il suo notevole svantaggio è la velocità di lavoro più lenta tra le opzioni presentate.

Tuttavia, tra i vantaggi si possono annoverare:

• la semplicità della struttura;
• la possibilità di acquistare una tale pressa per un prezzo contenuto con una modifica minima per le esigenze della bricchettatura;
• le dimensioni ridotte.

Quando si utilizza una pressa a vite, non bisogna spingerla “al limite” quando le forze fisiche non sono più sufficienti per far girare il meccanismo. In questo caso, sul filetto agiscono da un lato la forza applicata dalla persona e dall'altro (a 90°) la forza di resistenza del bricchetto ottenuto. Ciò causerà una rapida usura della filettatura o la sua rottura.

Per non esagerare e non rompere il meccanismo, è necessario ottenere un risultato sufficiente su campioni di prova e quindi installare un fermo o fare un segno con un pennarello sulla filettatura che indichi la sua posizione massima consentita.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Creazione di una pressa a leva fatta in casa. Realizzazione dei componenti principali e descrizione del principio di funzionamento:

Ottimizzazione della struttura della macchina e del processo stesso di pressatura dei bricchetti:

Macchina per ottenere contemporaneamente più bricchetti basata su un martinetto idraulico:

Realizzare da soli una macchina per la bricchettatura della segatura non è difficile. A scelta si può utilizzare un principio a leva, idraulico o a vite per generare pressione. Ma bisogna ricordare che la qualità dei prodotti finiti dipenderà non solo dal meccanismo assemblato, ma anche dalla preparazione della materia prima.

Un processo ben organizzato aiuterà a garantire alla propria azienda un combustibile di qualità e a basso costo e persino ad avviarne la commercializzazione.

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